Influence of Strength Level of Steels on Fatigue Strength and Fatigue Fracture Mechanism of Spot Weld-Bonded Joints

Abstract

1 緒 言 自動車産業においては,スポット溶接により車体等の 組み立てが行われており,スポット溶接継手の疲労強度 の評価が重要である.この観点から,種々の負荷が作用 しているスポット溶接継手の疲労強度を統一的に評価す る手法に関して多くの研究が行われており,溶接継手の 特定部位の局所ひずみによる整理法や,溶接継手部をき 裂と見なして応力拡大係数による整理法が提案されてい る.1)~ 6) 近年,衝突安全性の確保と車体軽量化による燃費の向 上の観点から,軽量かつ高剛性・高強度を有する車体開 発を目的に,自動車構造体に従来の軟鋼板に代わり,超 高張力鋼板の使用が拡大されている.ところが,静的強 度・疲労強度の高い超高張力鋼を用いても,スポット溶接 継手の疲労強度は従来鋼と比べ向上しないことが報告さ れており,7)~ 9)溶接継手部の溶接による組織変化,残留応 力および切欠き感度の観点から検討が行われている.9), 10) 東郷らは,軟鋼板と超高張力鋼板の 2種類の鋼板につい て,スポット溶接継手の疲労強度に及ぼす鋼材強度の影 響を明らかにするために疲労試験を行い,超高張力鋼で は切欠き感受性が高いため疲労強度が向上しないことを 明らかにした.10)したがって,スポット溶接における溶接 部近傍の応力集中を緩和させることにより,超高張力鋼 板の疲労強度を向上させることが可能であることが示唆 される. 本研究では,超高張力鋼板の溶接継手の疲労強度向上 を目的に,スポットウェルドボンド接合 11)に着目した. スポットウェルドボンド接合は,スポット溶接と接着接 合を併用した複合接合法であり,接着剤が荷重を負担す るため,溶接部における応力集中の緩和が期待される. そこで本研究では,軟鋼板(270MPa級)と超高張力鋼 板(980MPa級)の 2種類の鋼板について,スポットウェ ルドボンド継手の疲労試験を行い,疲労強度に及ぼす鋼 材強度レベルの影響の評価を行った.さらに,スポット ウェルドボンド継手の疲労破壊機構の解明を目的に,接 着部のはく離の発生・進展挙動およびナゲット部の疲労 き裂の発生挙動に関して検討を行った.次いで,スポット ウェルドボンド継手の疲労強度向上に関する定量的考察 を行うため,有限要素法による弾性解析を実施し,スポッ ト溶接継手およびスポットウェルドボンド継手における ナゲット部先端の応力場について比較検討を行った. スポットウェルドボンド継手の疲労強度と 疲労破壊機構に及ぼす鋼材強度レベルの影響 藤 井 朋 之 東 郷 敬一郎 山 本 崇 博 鈴 木 幸 則 島 村 佳 伸 尾 嶋 良 文 Influence of Strength Level of Steels on Fatigue Strength and Fatigue Fracture Mechanism of Spot Weld-Bonded Joints